王鹏 | 星空不问赶路人

2024年11月15日，海南文昌，天舟八号货运飞船点火起飞。那一刻，南京航空航天大学（以下简称“南航”）电子信息工程学院副教授王鹏心绪激荡——由他担任副总师研制的“星眸载荷”，也搭载在飞船舱外，飞向太空。

▲王鹏

这是我国首个基于天基计算的地面辐射源在轨定位装置，不仅可以在太空中迅速捕捉地面电磁干扰，还能以每秒千亿次的速度进行计算，对地面干扰源实现单星在轨定位。“就像浩瀚星河中的眼眸一样”，王鹏这样形容。而他自己的“眼眸”，则长期聚焦遥感时空数据融合与智能解译应用关键技术，在遥感图像处理领域，尤其是复杂场景下的目标检测方面，做了大量开创性工作。

从“星眸”中增强信心

“我们做‘星眸载荷’，主要难题就是要在资源受限的星载平台上实现高效目标检测与定位。而我们之前做的都是对地遥感研究。”王鹏说。

从对地到对空，绝非简单的技术“搬运”。为了实现算力“上天”，南航天基信息研究中心团队付出了极大的努力。王鹏尤其提到了轻量化问题。简单来说，基于机器学习的在轨小目标检测技术，需要大量数据集训练，算力要求高、耗时长，并不适用于载荷搭载。为此，王鹏带领团队围绕“星载对地遥感图像小目标配准定位”展开攻关，系统探索了资源约束下的轻量化深度学习模型，解决了遥感高分辨率下像素级小目标检测和定位地理位置问题，准确率高、运算时间短、运算效率高，成功部署到“星眸载荷”上。

“但真正去进行地面仿真和验证时，也会出现问题，比如区域漏检等。”在王鹏看来，科研中遇到问题是常态。他印象最深的是，2024年9月，他们在天舟八号基地开展数据实验，遭遇超强台风“摩羯”，驻地断水断电十多天，基础设施严重受损，他们每天都要顶着海南的大太阳步行往返于基地和驻地之间，来回近10公里。即便如此，他们仍然抢回了时间，圆满完成了工作。“漏检问题有效解决了，地面验证也成功了。”

最重要的是，这次经历让王鹏意识到，他们完全可以将技术研究的边界进一步拓展。“军事领域需要对敌方目标进行监测和识别，环境监测领域需要对自然灾害、植被覆盖和土地利用等进行监测和分析。我们可以做的事情很多。”事实上，王鹏和团队开发的星载小目标检测经纬度定位软件，已经应用于智慧城市建设，用于监测城市基础设施的实时状况，实现交通流量监测和路况评估，掌握城市绿化覆盖及土地利用情况的动态变化等，相关成果获得中国测绘地理信息科学技术奖二等奖。他们设计的算法平台也在“北斗数字牧场”得到应用，大大提高了牧区的生产效率，节省了大量的人力成本，将“卫星放牧系统”升级为“数字农牧业”。

未来，王鹏还希望将遥感智能解译技术应用到深空探测领域，探索极端环境下视觉模型的泛化问题，从而反哺地球遥感对未知地物的认知能力；利用多源遥感数据反演碳汇通量，通过物理约束优化与深度学习模型提升碳中和监测的可信度等，从而为南航研制的高光谱碳汇卫星提供相关技术支撑。“参与‘星眸载荷’工作之后，我们对自己的技术也更有信心了。”他说。

把技术应用到国家需要的地方

“把技术应用到国家需要的地方”，是王鹏最直观的科学追求，也是他选择遥感领域的初心。

2008年汶川地震后，王鹏无意中看到李德仁院士的一段访谈，提到震后灾区通信中断，而我国当时的遥感卫星无法“看清”汶川状况，等了3天才等来意大利科学家的相关数据。“如果能有看得全、看得远、看得准的遥感卫星技术就好了！”这个念头像一颗火种，在王鹏的心中迸发，逐渐呈现出燎原之势。

2012年，王鹏从哈尔滨工程大学本科毕业，进入信息与通信工程专业深造。这也是他从事遥感研究的起点。“开始我更沉迷于如何提升模型的数据精度，导师及时提醒我要把方法用在实际物理数据中看性能，使我认识到研究成果不仅要落实到技术上，还要推动技术转化，把论文写到祖国大地上。”这份初心贯穿了他整个学术生涯。2018年，博士毕业后，王鹏选择加入南航，也是源于他对“三航特色”的认同，认为在南航平台上，可以与飞行器设计、导航制导、图像处理等领域的学者实现深度合作，将遥感技术切实运用到国家最需要的前沿领域。

在南航，王鹏归属于天元实验室天基信息研究中心团队。“我们的大团队打破了学科间的壁垒，非常适合遥感这种多学科交叉方向深入发展。”依托大团队，王鹏始终围绕“面向空间平台的智能感知与实时解译”这一核心方向攻关，组建起一支拥有3位核心教师、30多名学生的人工智能遥感图像研究团队。

针对遥感时空数据的空间/光谱/时间分辨率不可兼得问题，王鹏和团队构建了时-空-谱-角一体化的高分辨率时空数据融合方法；针对高环境复杂性、高信息冗余性的时空数据智能解译问题，他们创建了数据与模型联合驱动的时空数据智能解译模型理论；针对智能解译模型部署应用时产生的硬件适配性差、资源利用率低等问题，他们提出了动态协同模型轻量化部署理论。相关成果应用于天舟八号、高分四号、风云四号等多种型号卫星，核心算法也在北斗导航系统、国家空间科学数据中心等得以部署。在团队研制的多源时空数据融合一体机成果发布后，李德仁院士做出了高度评价，指出其已达到国内先进水平。对于王鹏来说，这份认可又何尝不是对其初心的遥遥呼应。

▲王鹏（中）指导学生参加比赛

近5年，王鹏获得江苏省科协青年科技人才托举工程、南航“长空之星”、香港中文大学“香江学者”等支持；主持国家/省部级科研项目28项；发表论文62篇，其中，以第一作者发表《科学引文索引》（SCI）论文26篇；以第一主编出版中英文专著2部；作为第一发明人授权发明专利11项、软件著作权7件；获得江苏省科技进步奖二等奖等多项奖励。

“这些成绩，是团队长期聚焦攻关带来的水到渠成的结果，不是我个人单打独斗能做到的。”王鹏说。

将学生推向“真问题”战场

2024年10月，中国国际大学生创新大赛全国总决赛中，南航电子信息工程学院“星载对地遥感图像小目标配准定位软件”团队，斩获产业命题赛道金奖。这也是南航当年唯一一支获得产业命题赛道金奖的团队。

在指导教师王鹏看来，这不只是一项奖励，也意味着学生们能够用坚实的工程思维和前沿的研究手段去解决“真问题”了。“我们学校的内核就是真做事，做真事，敢于面向国家重点和难点问题，并去着力解决。我们团队也一直在实打实地做项目，解决实际问题。教育教学也一样，人才培养就是为了解决国家的重点难点问题，问题解决了就是成果。”这套观点贯穿在他的育人理念中，支持他进行跨学科交叉实践，推动学生成长。

在南航，王鹏有一门招牌课程——数字图像处理实验。他接手时，这门课使用的还是教学团队编写的实验手册，没有正式教材。2022年，他作为第一主编编写了《MATLAB数字图像处理及其应用实验教程》，将数字图像处理理论和应用实例相结合，使学生学以致用，真正让学生看到了“数字图像处理能解决真问题”。教材出版不到1年，就销售了1400多册，还被陆军军医大学、齐齐哈尔工程学院等选为教材使用。这门课程也入选省部级精品课程。

近5年，作为第一完成人，王鹏获得江苏省教学成果奖（实践教学）一等奖等4项奖励；主持省部级教改项目3项，作为第一主编出版校级“十四五”规划教材1部。在其指导下，学生发表高水平SCI论文20多篇，其中，2名学生获得优秀学位论文；多名学生在高规格创新赛事中取得优异成绩。

“和学生在一起，我们更像是朋友和同事。他们都很优秀，我们共同成长、相辅相成。”王鹏诚恳地说。现在，他指导的多名毕业生都在国内外知名高校深造，或在军工企业就业。在他的潜移默化中，这些学生早已将面向国家需求解决真问题的信念扎根于心。“思政润德，有了信念，才能直面困难和挫折，这甚至在能力之前。”星空浩瀚，天地无垠，王鹏和学生们会一直带着这个信念走下去。

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